Ποιος είναι ο τελικός όγκος εάν το 10L μεθανίου αντιδρά με 20L οξυγόνο σε 100C και δύο ατμόσφαιρες;
1. Γράψτε την ισορροπημένη χημική εξίσωση:
Ch₄ (g) + 2o₂ (g) → Co₂ (g) + 2H₂o (g)
2. Προσδιορίστε το περιοριστικό αντιδραστήριο:
* moles του μεθανίου: Θα υποθέσουμε την ιδανική συμπεριφορά φυσικού αερίου. Χρησιμοποιώντας τον ιδανικό νόμο για το αέριο (PV =NRT), μπορούμε να βρούμε τα κομμάτια του μεθανίου:
* N =PV/RT =(2 atm * 10 L)/(0,0821 L * atm/mol * K * 373 K) ≈ 0,65 moles
* moles οξυγόνου:
* N =PV/RT =(2 atm * 20 L)/(0,0821 L * atm/mol * K * 373 K) ≈ 1,30 moles
* Stoichiometry: Η ισορροπημένη εξίσωση δείχνει ότι 1 mole του μεθανίου αντιδρά με 2 γραμμομόρια οξυγόνου. Δεδομένου ότι έχουμε περισσότερο από διπλάσιο των γραμμομορίων οξυγόνου σε σύγκριση με το μεθάνιο, το μεθάνιο είναι το περιοριστικό αντιδραστήριο.
3. Υπολογίστε τη μονάδα προϊόντων:
* moles co₂: Από την ισορροπημένη εξίσωση, 1 mole του μεθανίου παράγει 1 mole co₂. Ως εκ τούτου, θα έχουμε 0,65 moles co₂.
* moles του h₂o: Από την ισορροπημένη εξίσωση, 1 mole του μεθανίου παράγει 2 moles του H₂O. Ως εκ τούτου, θα έχουμε 1,30 moles του H₂o.
4. Υπολογίστε τις συνολικές γραμμομονείς των προϊόντων:
* Συνολικά moles =0,65 moles co₂ + 1,30 moles h₂o =1,95 moles
5. Υπολογίστε τον τελικό τόμο:
* Χρησιμοποιήστε ξανά τον ιδανικό νόμο για το φυσικό αέριο, αλλά τώρα με τα συνολικά γραμμομόρια των προϊόντων:
* V =nrt/p =(1,95 moles * 0,0821 L * atm/mol * k * 373 k)/2 atm ≈ 30 l
Επομένως, ο τελικός όγκος των προϊόντων είναι περίπου 30 λίτρα
Σημαντικές σημειώσεις:
* Αυτός ο υπολογισμός προϋποθέτει την ιδανική συμπεριφορά αερίου, η οποία μπορεί να μην είναι απολύτως ακριβής σε υψηλότερες πιέσεις.
* Η αντίδραση παράγει υδρατμούς, ο οποίος μπορεί να συμπυκνωθεί εάν η θερμοκρασία είναι κάτω από το σημείο δροσιάς. Αυτό θα επηρέαζε τον τελικό τόμο.
* Ο πραγματικός όγκος μπορεί επίσης να επηρεαστεί από παράγοντες όπως ο όγκος του δοχείου και τυχόν αλλαγές πίεσης.
